基于運(yùn)行速度的高速公路設(shè)計(jì)一致性評價(jià)

崔冉冉

摘 要：文章基于設(shè)計(jì)速度的設(shè)計(jì)一致性評價(jià)方法的局限性，運(yùn)用運(yùn)行速度差進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)。結(jié)合實(shí)例工程，對兩種方法進(jìn)行對比分析，證實(shí)運(yùn)行速度差的實(shí)用性，最終確定設(shè)計(jì)不一致性的路段，避免交通安全問題。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)一致性；運(yùn)行速度；設(shè)計(jì)速度

1 運(yùn)行速度預(yù)測模型

1.1 分段原則

文章根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南》中的分段原則，對高速公路進(jìn)行劃分：平直線段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-2%，2%]）；縱坡段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）；平曲線段（R∈（125，1000]m，i∈[-2%，2%]）；彎坡組合段（R∈（125，1000]m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）。

1.2 運(yùn)行速度預(yù)測模型

1.2.1 平直線段運(yùn)行速度預(yù)測模型

根據(jù)各種設(shè)計(jì)速度對應(yīng)的小客車運(yùn)行速度，作為預(yù)測路段的初始運(yùn)行速度V0，其設(shè)計(jì)速度為60時(shí)，V0為80；設(shè)計(jì)速度為80時(shí)，V0為95；設(shè)計(jì)速度為100時(shí)，V0為110；設(shè)計(jì)速度為120時(shí)，V0為120。

通過對平直線段數(shù)據(jù)的處理分析，可得到小客車的期望速度為105km/h，這也是駕駛員在平直段上的。通過統(tǒng)計(jì)觀測數(shù)據(jù)得到平直段各個(gè)調(diào)查點(diǎn)的運(yùn)行速度，距直線起點(diǎn)距離0m時(shí)，對應(yīng)初速度V0分別為60、70、80、90、110；距直線起點(diǎn)距離50m時(shí)，對應(yīng)初速度V0分別為85、91、95、99、108；100m時(shí)，V0分別為100、101、104、108、110；200m時(shí)，V0分別為107、106、108、111、111；200m時(shí)，V0分別為110、111、111、111、111。

通過以上平直段運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)，可得到四段加速度數(shù)據(jù)：0-50m，初速度V0為60、70、80、90時(shí)，加速度a分別為0.38、0.3、0.07、0.05；50-100時(shí)，加速度a分別為0.34、0.2、0.05、0.05；100-200時(shí)，加速度a分別為0.3、0.18、0.04、0.035；200-300時(shí)，加速度a分別為0.2、0.18、0.03、0.002。由此可見，在車輛達(dá)到穩(wěn)定行駛速度之前，車輛的加速度隨著加速距離的增長而減小。那么，加速度與加速距離之間的關(guān)系式，如表1所示。

表1 加速度a與加速度長度s的關(guān)系表

小客車的加速度為：

a=■=■■（1）

式中，v-運(yùn)行速度（km/h）；t-運(yùn)行時(shí)間（h）；s-加速距離（km）。

得：

ads=vdv （2）

兩邊積分，得：

（3）

設(shè)a=f（s），得：

（4）

通過此方程，就可以根據(jù)初速度值和加速段長度計(jì)算加速路段任一點(diǎn)的運(yùn)行車速值。

1.2.2 縱坡段運(yùn)行速度預(yù)測模型

由圖1可知：在縱坡段，坡中點(diǎn)的速度隨著坡度的增加而減小。在上坡段和下坡段，運(yùn)行速度的變化率并不一樣。因此，文章將分別考慮上坡段、下坡段上坡中點(diǎn)的運(yùn)行速度模型。

根據(jù)回歸分析法，可得到上、下坡段坡中點(diǎn)的運(yùn)行速度預(yù)測模型為：

V85上=-0.186267exp（g）+111.1376R2=0.83 （5）

V85下=-162.492exp（g）+121.1188R2=0.90 （6）

1.2.3 平曲線段運(yùn)行速度模型

平曲線段的運(yùn)行速度與半徑散點(diǎn)圖（圖2）可知：平曲線運(yùn)行速度隨著半徑的增加而變大。

圖2 平曲線段運(yùn)行速度與曲率的散點(diǎn)圖

根據(jù)回歸分析法，確定平曲線段運(yùn)行速度預(yù)測模型為：

V85=117.0299-9358.254/rR2=0.89 （7）

1.2.4 彎坡組合段運(yùn)行速度預(yù)測模型

表2 彎坡組合段各變量之間的相關(guān)分析表

由表2知：坡度與運(yùn)行速度負(fù)相關(guān)，曲率與運(yùn)行速度的相關(guān)性大于半徑與運(yùn)行速度的相關(guān)性。因此，建立彎坡組合段上行速度與坡度、曲率之間的關(guān)系模型。

V85=-2.865259g-3119.27/r+109.0194（600≤r≤1000m）R2=0.81（8）

2 設(shè)計(jì)一致性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南》（JTG/TB05-2004），設(shè)計(jì)一致性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：|△V85|、|V85-V設(shè)計(jì)|≤10km/h時(shí)為好；10km/h<|△V85|、|V85-V設(shè)計(jì)|≤20km/h時(shí)為一般；|△V85|、|V85-V設(shè)計(jì)|≥20km/h時(shí)為差。

3 實(shí)例分析

京珠高速公路粵北段全長109.29km，K13～K85為山嶺區(qū)，設(shè)計(jì)速度為80km/h，下面選取K31～K40為例進(jìn)行分析。

由表3可知：由|V85-V設(shè)計(jì)|進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)，則D4、D8、D14、D31、D32一致性等級為好，然而利用|△V85|進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)，則這些路段的設(shè)計(jì)一致性等級為良好。特別是D15路段，若用|△V85|進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)，等級為良好，用|△V85|進(jìn)行評價(jià)，則一致性等級為差。

4 結(jié)束語

文章通過實(shí)例分析，在進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)時(shí)，運(yùn)用運(yùn)行速度差進(jìn)行設(shè)計(jì)一致性評價(jià)更能準(zhǔn)確找出設(shè)計(jì)不一致性的路段，為公路線形設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

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